Sigrity_Seminar_BJ2022_部分1电源完整性分析,英文文献Sigrity芯片封装及线路板信号完整性及电源完整性技术讲座Sigrity Inc. 2022年12月2日Sigrity Confidential. Please do not distribute without Sigrity approval.电源完整性分析,英文文献高速系统设计中 PI和SI的挑战与解决方案Sigrity Confidential. Please do not distribute without Sigrity approval.电源完整性分析,英文文献ContentsTechnology Trends DC Power Delivery AC Power Delivery Transient Power and Signal Analysis Automatic Decoupling Capacitor Selection and Optimization SummarySigrity Confidential电源完整性分析,英文文献IC工艺的开展给PI/SI带来的挑战101 90 80 70 60 50 40 30 (nm) 130 120 110 101 90 80 70 60 (w) 2004 2007 2022IC fea Vol tur tag es e izeer ow P t en Curr1.25 1.15 1.05 .95 .85 .75 .65 .55 (v)210 180 150 120 90 60 30 0 (A)Sigrity Confidential 4电源完整性分析,英文文献高速总线的开展给PI/SI带来的挑战DDR Interface Trends 400 - 800 MBS 800 - 1600 MBS? Core Voltage 2.5v 1.8v? 1.8v 1.5v? DDR2 DDR3 DDR4Speed随着DDR系统内部时钟频率和 I/O速率的飞速提升，Core电压和I/O电压的逐步降低，SI方面的Signal Quality和Timing Constraint指标变得更加严格电源和地网络上的噪声渐渐成为设计中特别关键的指标之一同步切换噪声(SSN)问题出此时此刻越来越多的主流产品中类似的挑战还出现于 SerDes, GbE, PCI Express Gen2, USB 2.0等其他高速总线中…IO VoltageDDR4 Pending Conclusion by JEDECSigrity Confidential电源完整性分析,英文文献Sigrity Confidential电源完整性分析,英文文献直流供电的挑战日益紧要如何供应稳定的直流电压？DC供电的开展趋势*Source: International Technology Roadmap for SemiconductorsSigrity Confidential电源完整性分析,英文文献直流供电的挑战日益紧要如何供应稳定的直流电压？挑战确保较低的点对点的电阻 对于特定的电流负载，较低的电阻意味着较低的直流压降满意电流的指标 平面电流密度，保证牢靠的热稳定性 过孔电流，幸免连接失败Swiss cheese planes Neck-down regions可供应VRM的输出电压调整 Sense line的布线优化Signals routed in planes Sigrity Confidential电源完整性分析,英文文献直流供电解决方案IR drop设计自动化一站式解决方案(PowerDC)布局布线前(预估) 叠层，平面分割，过孔分布，走线长度和宽度的综合考虑无DC压降的PDS电压布局布线中(仿真) 流程化的仿真设置交互式的后处理及可视化界面可导出电路模型进展系统级仿真布局布线后(DRC检查与优化) 电压压降分布、平面电流密度、平面功率密度以及过孔电流的constraints仿真与DRC检查超标后的问题定位以及结果的反标处理 VRM感应线的布线优化有DC压降的PDS电压Sigrity Confidential电源完整性分析,英文文献Constraints仿真与DRC检查DRC检查电阻电压分布过孔电流电流密度功率密度Sigrity Confidential电源完整性分析,英文文献平面电流密度的分析找出平面上最大的电流密度“热点”区域通常主板上的某些局部区域会出现相对于其他区域特殊大的电流，这种功能有助于找出最大的电流密度区域，以便对布线作相应调整。
Sigrity Confidential 11电源完整性分析,英文文献VRM感应线优化感应线优化前(灰色局部欠压)Red 5.25 V Sink 4感应线优化后(全部压降满意要求)Red 5.25V Sink 4Sink 5 VDD Sense LineSink 5Sink 0Sink 3Sink 0Sink 3Sink 2 VRM Sink 1 Blue 4.75V正常电压+/-1mV DC电压容限有18%的改善 VRM Sink 1Sink 2Blue 4.75V正常电压 Confidential Sigrity+/-1mV电源完整性分析,英文文献Sigrity Confidential电源完整性分析,英文文献电源地的设计挑战无处不在破裂的电源地平面使回路电感增大SSNΔV= N× Lloopdi dt负载上的压降来自于AC和DCΔV= Ldi/ dt+ IR芯片工作于电源地的谐振频率Sigrity Confidential电源完整性分析,英文文献输入阻抗与目标阻抗Input Impedance Vs. Target ImpedanceZtargetZ target=ΔVvoltage toleranceΔISigrity Confidential 15电源完整性分析,英文文献目标阻抗的挑战目标阻抗每3年降低1.6倍*Source: International Technology Roadmap for SemiconductorsSigrity Confidential电源完整性分析,英文文献PDS的谐振PDS的谐振是电源地平面设计中须要重点考虑的因素； PDS的谐振将使信号的SI性能变差； PDS的谐振将使电源地平面的PI噪声变大Sigrity Confidential 17电源完整性分析,英文文献PDS的谐振对SI的挑战对于上述PCB Demo板，须要发送的信号为250MHz;当把Decap全部去掉时，信号频率恰好与PDS的第一个谐振频率240MHz比拟接近，此时信号波形(红色线)发生了明显的“自激”现象；当把Decap全部翻开时，由于PDS在240MHz的谐振被消退，此时信号波形(蓝色线)得到了明显的改善Sigrity Confidential 18电源完整性分析,英文文献PDS的谐振对PI的挑战当把Decap全部去掉时，由于PDS谐振的影响，此时VCC电源波形(红色线)发生了明显的“自激”现象；当把Decap全部翻开时，由于PDS在240MHz的谐振被消退，此时VCC电源波形(蓝色线)得到了明显的改善Sigrity Confidential 19电源完整性分析,英文文献PDS的谐振对EMI的挑战Decap_disabledDecap_enabled当把Decap全部去掉时，由于PDS谐振的影响，此时全板EMI的辐射在 200MHz~500MHz全部超标；当把Decap全部翻开时，由于PDS在240MHz的谐振被消退，全板EMI的辐射在500MHz以下均满意了FCC CLASS B的标准Sigrity Confidential 20电源完整性分析,英文文献PI与SI的相互作用一个10Gbps差分对插入损耗的探究实例粗线 3D EM分析(信号线，志向电源地)mag(S)细线SI+PI分析(信号线，非志向电源地)警告:随着目前数据传输速率的不断提高，假如在分析高速总线的 SI问题时不考虑电源地的PI效应，可能会带来错误的结论！Sigrity Confidential本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页。